基于理想变压器对空心变压器的等效分析
基于理想变压器对空心变压器的等效分析
摘要:本文通过把空心变压器等效成含全耦合变压器的等效电路,再等效成含理想变压器的等效电路的方法,使空心变压器的初、次级回路用变比为n的理想变压器联系起来,由此借助理想变压器的分析方法,进行变换电压、变换电流和变换阻抗的有关计算。此方法比目前一般采用的三种方法更简便。
关键词:空心变压器理想变压器等效变换
1 引言
空心变压器在高频电路和测量仪器中应用广泛。有关空心变压器的初、次级电压、电流和阻抗变换等有关计算,目前一般采用三种方法。方法一:列出初、次级回路电压方程求解;方法二:根据反射阻抗、互感电压的概念,画出初、次级等效电路后再求解;方法三:用去耦等效电路分析。这些方法都比较复杂。我们知道,对理想变压器分析上述问题是很方便的。若把空心变压器等效成含理想变压器的电路,分析上述问题比那三种方法更简便,下面介绍这种方法。
2 等效变换方法
【2019-2020】高考物理理想变压器模型试题(含解析)
【2019-2020】高考物理理想变压器模型试题（含解析） 李仕才 一、理想变压器的几个基本问题 （1）理想变压器的构造、作用、原理及特征。 构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。 作用：在办理送电能的过程中改变电压。 原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。 特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。 （2）理想变压器的理想化条件及规律 如图所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压U 1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，有 ? ?=??= 222111,φ εφεn t n 忽略原、副线圈内阻，有 2211,εε==U U 。 另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有 21φφ?=?。 由此便可得理想变压器的电压变化规律为
2 1 21n n U U =。 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有21P P =，而 111U I P =，222U I P =。 于是又得理想变压器的电流变化规律为 1 2 21n n I I =。 由此可见： ①理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别）。 ②理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式。 （3）多组副线圈理想变压器的规律。 如图所示，原线圈匝数为1n ，两个副线圈的匝数分别为1n 、2n 相应的电压分别为1U 、2U 和3U ，相应的电流分别为1I 、2I 和3I 根据理想变压器的工作原理可得 2 1 21n n U U =① 3 1 31n n U U =②可得
理想变压器的工作原理及高考要求
理想变压器的工作原理及高考要求 摘要：学习变压器首先要掌握交流电知识，对交流电的“四值”:最大值、有效值、瞬时值和平均值，瞬时值随时间变化表达式的书写以及由表达式读出周期和频率，理想变压器的电压关系和电流关系，理想变压器的动态问题中个物理量的相互制约关系，远距离输电的过程和降低输电能耗的途径等问题的考查几乎年年出现在高 考试题当中。 关键词：变化器；工作管理；高考要求 1.理想变压器的几点假设： （1）没有漏磁，即通过两绕组每匝的磁通量φ都一样； （2）两绕组中没有电阻：从而没有铜损（即忽略绕组导线中的焦耳损耗）； （3）铁芯中没有铁损（即忽略铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗）；（4）原、副线圈的感抗趋于∞(无穷大），从而空载电流趋于0。满足这些条件的变压器叫做理想变压器。它是实际变压器的抽象,它把实际变压器中的次要因素忽略掉,而紧紧抓住其主要。 理想变压器中：u1=e1=n * δφ/δt u1 为加在线圈两端的电压，e1为线圈中的感生电动势n为线圈匝数。 2.理想变压器的工作原理 2.1结构。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次
级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 2.2工作原理。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的基本原理是电磁感应。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量。由于副线圈也绕在同一铁芯上，这个变化的磁通量同样穿过副线圈，并在副线圈上产生感应电动势。如果副线圈构成闭合回路就会产生交变感应电流。对负载而言，副线圈中的感应电动势相当于电源电动势。如果副线圈的电阻很小，可以近似的认为这个电动势就等于副线圈中两端的电压。 3.高考要求 3.1热点分析。纵观各地高考物理试卷发现，高考对理想变压器这部分知识的考察内容很全面，基本上覆盖了《考试大纲》所列的全部知识点，历年高考命题的热点,主要从变压器的变压原理、变压器的变压比和变流比的运用及定性分析变压器的原、副线圈的两端的电压、电流、功率的相互制约变化关系这几方面出题考查，其
变压器等值电路总结
变压器总结 首先看变压器的序电抗及等值电路 1：变压器负序电抗及等值电路与正序相同 2：零序电抗及等值电路与变压器的结构以及接线方式，需要按每一种结构，每一种接线仔细分析后确定，要特别注意零序等值电路的画法 3：画变压器零序等值电路时将变压器正序等值电路中的激磁电抗Xm以零序激磁电抗Xmo代替 4：在分析经电抗接地情况时，注意接地电抗中流过的是三倍零序电流，故在等值电路中接地电抗值应以三倍表示，电阻也是三倍 电力系统各序网络的制定 对应对称分量法分析计算不对称故障时，首先必须做出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图，中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件，都必须包括在该网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。 例如
在这里要看懂这个复合序网图，首先分解两卷变和三卷变的各序等值电路 1：两卷 （母线端） Jx1 jx2 正序 负序 零序有四种接线方式 一：三角形连接 （母线端） Jx0 (1) f V (1)f I 1E LD
母线端 二：星行连接jx0 三：星行接地连接 Jx0 四：星形带阻抗接地 J3Xg jx0 上面的四种零序接线图简化后，就很容易整理出两两接线图 表2.1 双绕组变压器零序等值电路
同理：）三绕组变压器 jx1 jx2 三jx3绕组正（负）序等值电路 零序与二卷变一样，所以组合方式如下图 表2.2 三绕组变压器零序等值电路 等值电路图均同左图， 但Z III 应改为Z III //Z Ⅱ V :1k 图2.13 三绕组变压器正负序等值电路 3 13 3I II I I I
理想变压器
理想变压器 理想变压器是实际变压器的理想化模型，是对互感元件的理想科学抽象，是极限情况下的耦合电感。 1．理想变压器的三个理想化条件条件 1 ：无损耗，认为绕线圈的导线无电阻，做芯子的铁磁材料的磁导率无限大。 条件 2 ：全耦合，即耦合系数 条件 3 ：参数无限大，即自感系数和互感系数但满足： 上式中 N 1 和 N 2 分别为变压器原、副边线圈匝数， n 为匝数比。以上三个条件在工程实际中不可能满足，但在一些实际工程概算中，在误差允许的范围内，把实际变压器当理想变压器对待，可使计算过程简化。 2. 理想变压器的主要性能 满足上述三个理想条件的理想变压器与有互感的线圈有着质的区别。具有以下特殊性能。 （1）变压关系 图 4.15 为满足三个理想条件的耦合线圈。由于，所以 因此 图4.15 耦合线圈图 4.16理想变压器模型1 根据上式得理想变压器模型如图4.16所示。 注意：理想变压器的变压关系与两线圈中电流参考方向的假设无关，但与电压极性的
设置有关，若 u1、u2 的参考方向的“+”极性端一个设在同名端，一个设在异名端，如图4.17 所示，此时 u1 与 u2 之比为： （2）变流关系 根据互感线圈的电压、电流关系（电流参考方向设为从同名端同时流入或同时流出）： 则 图 4.17理想变压器模型2 图 4.18理想变压器的变流关系 代入理想化条件：， 得理想变压器的电流关系为： 注意：理想变压器的变流关系与两线圈上电压参考方向的假设无关，但与电流参考方向的设置有关，若i1、i2的参考方向一个是从同名端流入，一个是从同名端流出，如图4.18所示，此时i1与i2之比为：
变压器知识习题及答案
变压器知识习题及答案 一、填空题 ? 1、油浸式电力变压器一般是由铁芯、绕组、（）绝缘套管和冷却系统五大部分组成。 2、变压器油起着散热和（）的作用。 3、将连接组别为y , dl 的三相变压器改接为Y, Yno。如果一次侧的额定电电压不变，则二次侧的额定电压为原来的√3倍，其容量不变。 4、变压器空载运行时，由于（）很小，铜损近似为零。 5、变压器空载运行时的主磁通与额定运行时主磁通相同，所以变压压器的空载损耗似等于（）损耗。 6、变压器运行中温度最高的部位是（），温度最低的是变压器油。 7、当变压器负载系数为（）时，其效率最高。 8、变压器绕组损耗分为基本损耗和附加损耗,其中基本损耗耗是（）。 9、一台油浸自冷式变压器，当周围围空气温度为 32℃时，其上层油温为I 60°'C ，则上层油的温升为（）。 10.变压器空载电流的无功分量很大，而（）分量很小，因此变压器空载运行行时的功率因素很低。 11.变压器空载试验的目的是测量（）损耗和空载电流。 12、变压器并列运行的目的是：（）和提高供电可靠性。 13、变压器的相电压变比等于原边、副边绕组的（）之比。 14、变压器过负荷时的声音是（）。 15、变压器呼吸器中的硅胶受潮后，其颜色变为（）。 16、电力变压器的交流耐压试验，是考核变压器的（）绝缘。 17、测定电力变压器的变压比，一般采用的试验仪器是（）。 18、常用的电压互感器在运行时相当于一个空载运行的降压变压器，它的二次电压基本上等于二次（）。 19、电压互感器按其工作原理可分为（）原理和电容分压原理。 20、电流互感器二次侧的额定电流一般为（）安培，电压互感器二次侧的电压一般为（）伏，这样，可使测量仪表标准化。 二、选择题 ? ? ? ? 1、并列运行变压器的变压比不宜超过（）。 A、 2：1 B：3:1 C：4：1 D：5：1 2、变压器轻瓦斯保护正确的说法是（）。 A.作用于跳闸 B、作用于信号 C.作用于信号及跳闸 D.都不对 3、带有瓦斯继电器的变压器，安装时其顶盖沿瓦斯继电器方向的的升高场坡度为（）。 A. 1%~5% B、1%% C. 1%一25% D. 1%-30% 4、配电变压器低压侧中性点应进行工作接地，对于容量为l00kVA及以上其接地电阻应不大于（）。 A. 0. 4Ω B. 10Ω C一8 ΩΩ 5、已知变压器额定容量为s,额定功率库因数0. 8，则其额定有功负载应是（）。 B. 1·25S D. 0. 64S
变压器等效电路
（四）、等值电路 变压器空载时，从一次绕组看进去的等效阻抗为Z m ，有 ? -1E ＝? 0I （m m jx r +）＝? 0I Z m （3－14） Z m ＝m m jx r +；m r 称励磁电阻，是变压器铁心损耗的等效电阻，即m Fe r I p 20=；m x 为主磁通在铁心中引起的等效电抗，称为励磁电抗，其大小正比于铁心磁路的磁导。 将式（3—14）代入式（3—11）得 ? ? -=11E U +? 0I Z 1＝? 0I Z m ＋? 0I Z 1＝? 0I （Zm ＋Z 1） 相应的等值电路如图3－7所示。 例3－2 一台180kV ·A 的铝线变压器，已知U 1N ／U 2N =10000／400V ，Y ，yn 接线，铁心截面积S Fe =160cm 2，铁心中最大磁密度B m =1．445T ，试求一次及二次侧绕组匝数及变压器变比。 图3－7 变压器空载时的等值电 路
解 变压器变比 k = 2 1U U =253 /4003 / 10000= 铁心中磁通 Фm =B m S Fe =1．445 ×160×10－ 4＝231×10— 4Wb 高压绕组匝数 N 1＝1125 10 2315044.4310000 44.44 1 ＝－????= Φm f U 匝 低压绕组匝数 N 2＝4525 1125 1 == k N 匝 第三节 变压器的负载运行 当变压器一次绕组加上电源电压? 1U ，二次绕组接上负载Z L ，这时变压器就投入了负载运行，如图3—8所示。 图3－8 变压器负载运行 一、变压器负载运行时的电磁关系
变压器负载运行时，二次绕组中流过电流? 2I ，产生磁动势? 2F =? 2I N 2，由于二次绕组的磁动势也作用在同一条主磁路上，从而打破了变压器空载运行时的电动势平衡状态。变压器负载运行时，一次绕组中的电流从空载时的0? I 转变成负载时的? 1I 。变压器负载运行时，铁心中合成磁动势为? 2I N 2＋ ? 1I N 1，并由此建立主磁通Ф，同时在一次绕组二次绕组中感 应电动势?1E 和? 2E 。从空载运行到负载运行，一次侧电流由空载时的0?I 增加了??1I ＝?1I －0? I ，该增量所产生的磁动势正好与二次侧所产生的磁动势互相抵消，从而使变压器中的电磁关系重新达到平衡状态。即 ? ?1I N 1＋? 2I N 2＝0 或 ? ?1I ＝? -21 2I N N （3-15） 上式表明一次绕组从电源吸收的电功率，通过电磁感应关系传递到二次绕组并向负载输出功率。 二、基本方程式 （一）、电压平衡方程式 根据图3－8，变压器负载运行时，由于一次侧二次侧漏磁电动势的存在，由基尔霍夫定律得到以下电动势平衡方程式，即 ??-=11E U ＋j ?1I 1x ＋?1I 1r ＝－?1E +? 1I Z 1 ??-=22E U －j ?2I 2x －?2I 2r ＝?2E －? 2I Z 2 ? 2I N 2＋? 1I N 1＝? 0I N 1， 2 1 21N N E E k ==， L Z U =? 2? 2I
变压器匝数计算怎么算
变压器初、次线匝数,与其输入输出电压及输出功率有关，功率大小又与硅钢片截面积有关。 第一种: 常用小型变压器每伏匝数计算公式为：N=10000/ 这里：N—每伏匝数，F—交流电频率（我国为50HZ），B—磁通密度，S——铁芯截面积 磁通密度一般因材料而异，常见的硅钢片取左右. 根据此公式，你量一下变压器磁芯尺寸，计算出截面积，就可推算出每伏匝数。知道每伏匝数后，即可方便计算出初、次线匝数了。 例如：量得一小型变器中间舌宽为2CM，叠厚为3CM，则基截面为：2*3=6（CM^2） 如用H23片，取B值为。则计算每伏匝数为： N＝10000/*50**6=（匝/伏） 如果初线接220V电源，则初线匝数=220*=（匝）取1179即可。设次级输出电源为12V，则12*=，取64匝即可，你如果是自己维修绕制，还需根据功率和电压再计算出线经大小。 第二种: 只要知道铁芯中柱的截面积、导磁率即可以计算匝数，知道功率就能计算线径。
例题： 变压器初级电压220V，次级电压12V，功率为100W，求初、次级匝数及线径。 选择变压器铁芯横截面积： S＝×根号P＝×根号100＝×10≈13(平方CM)， EI形铁芯中间柱宽为3CM，叠厚为，即3× 求每伏匝数：N＝×100000/B×S B＝硅钢片导磁率，中小型变压器导磁率在6000～12000高斯间选取，现今的硅钢片的导磁率一般在10000高斯付近，取10000高斯。 公式简化：N＝×100000/10000×S＝45/S N＝45/13≈(匝) 初、次级匝数： N1＝220×＝770(匝) N2＝12×＝42(匝) 在计算次级线圈时，考虑到变压器的漏感及线圈的铜阻，故须增加5%的余量。 N2＝42×≈44(匝) 求初、次级电流： I1＝P/U＝100/220≈(A) I2＝P/U＝100/12≈(A) 求导线直径：(δ是电流密度，一般标准线规为每M
EE型变压器参数及高频变压器计算
我们知道，与一般的电流电压测量不同，磁场强度和磁感应强度的测量都是间接测量。磁场强度通过测量励磁电流后计算得到，磁感应强度是通过测量感应磁通后计算得到，参与计算的样品有效参数Le和Ae将直接与测量结果相关。 磁场强度的计算公式：H = N xI / Le 式中：H为磁场强度，单位为A/m；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流（测量值），单位位A；Le为测试样品的有效磁路长度，单位为m。 磁感应强度计算公式：B = Φ / (N xAe) 式中：B为磁感应强度，单位为Wb/m^2；Φ为感应磁通（测量值），单位为Wb；N为感应线圈的匝数；Ae为测试样品的有效截面积，单位为m^2。 根据样品尺寸计算样品的有效参数Le和Ae，在不同的行业中，计算方法往往不统一，这可能使测试结果缺乏可比性。 在SMTest软磁测量软件中，样品有效参数的计算依照行业标准SJ/T10281。下面以环形样品为例，讲述样品有效磁路长度Le和有效截面积Ae的计算方法。 第一种情况：指定叠片系数Sx，指定样品的外径A、内径B和高度C。 根据SJ/T10281标准，先计算样品的磁芯常数C1和C2，然后根据磁芯常数计算Le和Ae，这是严格按照标准执行的计算方法。
第二种情况：指定材料密度De和样品质量W，指定样品的外径A、内径B和高度C。 根据SJ/T10281标准，先计算样品的磁芯常数C1和C2，然后根据磁芯常数计算Le和Ae，并可推算叠片系数Sx，这是另外一种计算方法，与标准有点差别，但计算结果与标准比较接近。 第三种情况：指定材料密度De和样品质量W，指定样品的外径A和内径B，不指定样品的高度。 不按SJ/T10281标准求磁芯常数，而是按平常的数学公式来求Le和Ae。这种计算方法与标准相差较大，只有环形样品才有这种计算方法。
理想变压器特性及与等效电路的分析
理想变压器特性及与等效电路的分 析 理想变压器特性及与等效电路的分析 谭阳红1，汪沨1，陈五立2 （1.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082； 2.湖南信息学院，湖南长沙410151） 摘要：作为电路理论的重要内容，理想变压器的教学重点通常在于理想变压器特性方程及其运用，不涉及磁路分析，这导致学生在分析多绕组变压器时错误运用特性方程。本文以双绕组和三绕组变压器为例，就磁路形式对理想变压器方程的影响进行分析，导出理想变压器特性方程。在此基础上，得到其阻
抗变换的统一表达式，并得到不同情况下的实际变压器等效电路，对理想变压器的教学有一定的指导作用。 关键词：理想变压器；特性方程；等效电路 基金项目：本文受国家自然基金及51107034、湖南省自然科学基金资助项目、中央高校基金和湖南省教改课题的资助 器是电路理论教学中的重要部分。在教学过程中，教学重点往往变压器理想化的条件、掌握特性方程及其运用。但是，很多学生在分析多绕组变压器时觉得无所适从，甚至错误运用理想变压器的特性方程。要理解磁路对理想变压器特性方程的影响，必须明确理想化的条件和特性方程的获得方法。 二、双绕组理想变压器特性方程 利用磁路定理来理解理想变压器的特性，只需用以下定律：磁路的基尔霍夫第一定律即磁通连续性原理和磁路的基尔霍夫第二定律，即安培环路定律。
1.双绕组理想变压器电压方程。考虑如下的变压器（图1（a）所示），设变压器初次级的原边和副边匝数分别为Np和Ns，电流为ip 蓸t 蔀、is 蓸t 蔀，铁芯磁导率μ趋近于无穷大，即没有漏磁，磁感应强度全部集中于铁芯。 变压器的初、次级磁链相等，设为ψm。很明显： 四、结语 本文的分析表明，变压器的特性方程与磁路形式密切相关。在理想变压器的教学中，采用磁路的分析方法，只有如此，学生才能牢固掌握理想变压器特性方程的本质。 参考文献：
变压器精选练习题16道
1、如图,当滑动变阻器滑动触头p逐渐向上移动时,接在理想变压器两端的四个理想电表示数（） A．V1不变、V2不变、A1变大、A2变大 B．V1不变、V2不变、A1变小、A2变小 C．V1变大、V2变大、A1变小、A2变小 D．V1变小、V2变小、A1变大、A2变大 2、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为，则（） A．电压表的示数为 B．在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电流表A2的示数变小 C．在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电流表A1的示数变大 D．在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，理想变压器的输入功率变小 3、某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按图所示规 律变化，副线圈接有负载。下列判断正确的是( ) A．输出电压的最大值为36V B．原、副线圈中电流之比为55∶9 C．变压器输入、输出功率之比为55∶9 D．交流电源有效值为220V，频率为50Hz 4、如图所示，理想变压器副线圈通过导线接两个相同的灯泡L1和L2。导线的等效电阻为R。现将原来断开的开关S闭合，若变压器原线圈两端的电压保持不变，则下列说法中正确的是（） A．副线圈两端的电压不变 B．通过灯泡L1的电流增大 C．原线圈中的电流减小 D．变压器的输入功率减小 5、生活中处处用电，而我们需要的电都是通过变压器进行转换的，为了测一个已知额定电压为100V的灯泡的额定功率，如图，理想变压器的原、副线圈分别接有理想电流表A和灯泡L，滑动变阻器的电阻值范围时0－100Ω不考虑温度对灯泡电阻的影响，原、副线圈的匝数比为2:1，交流电源的电压为U0＝440V，适当调节滑动变阻器的触片位置，当灯泡在额定电压下正常工作时，测得电流表A的示数为1.2A，则（） A.灯泡的额定功率为40W B.灯泡的额定电流为2.4A C.滑动变阻器上部分接入的电阻值为50Ω D.滑动变阻器消耗的电功率为240W 6、如图7，有一理想变压器，原副线圈的匝数比为n，原线圈接正弦交流电，输出端接有一个交流电压表和一个电动机。电动机线圈电阻为R，当输入端接通电源后，电流表读数为I，电压表读数为U，电动机带动一重物匀速上升。下列判断正确的是（） A、电动机两端电压为 B、电动机消耗的功率为U2/R C、电动机的输出功率为nUI-（nI）2R D、变压器的输入功率为UI/n 7、理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1，若原线圈上加u=400sin100πt (v)的交变电压，则在副线圈两端 （） A、用交变电压表测得电压为100 v Ｂ、用交变电压表测得电压为100 v Ｃ、交变电流的周期为0.02s D、频率为100π hz 8、如图8所示，T为理想变压器，副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略， 其余输电线电阻可不计，则当电键S闭合时 ( ) A．交流电压表V1和V2的示数一定都变小 B．交流电压表只有V2的示数变小 C．交流电流表A1、A2和A3的示数一定都变大 D．只有A1的示数变大
变压器的计算公式
一、按变压器的效率最高时的负荷率βM来计算变压器容量 当建筑物的计算负荷确定后，配电变压器的总装机容量为： S=Pjs/βb×cosφ2(KVA) (1) 式中Pjs ——建筑物的有功计算负荷KW; cosφ2——补偿后的平均功率因数，不小于0.9; βb——变压器的负荷率。 因此，变压器容量的最终确定就在于选定变压器的负荷率βb。 我们知道，当变压器的负荷率为： βb=βM=Po/PKH (2) 时效率最高 式中Po——变压器的空载损耗; PKH ——变压器的短路损耗。 然而高层建筑中设备用房多设于地下层，为满足消防的要求，配电变压器一般选 用干式或环氧树脂浇注变压器，表一为国产SGL型电力变压器最佳负荷率。 表国产SGL型电力变压器最佳负荷率βm 容量(千伏安) 500 630 800 1000 1250 1600 空载损耗(瓦) 1850 2100 2400 2800 3350 3950 负载损耗(瓦) 4850 5650 7500 9200 11000 13300 损失比α2：2.62 2.69 3.13 3.20 3.28 3.37 最佳负荷率βm% 61.8 61.0 56.6 55.2 55.2 54.5 技术文章选择变压器容量的简便方法: 我们在平时选用配电变压器时,如果把变压器容量选择过大,就会形成“大马拉小车”的现象。这不仅增加了设备投资,而且还会使变压器长期处于空载状态,使无功损失增加。如果变压器容量选择过小,将会使变压器长期处与过负荷状态,易烧毁变压器。因此,正确选择变压器容量是电网降损节能的重要措施之一,在实际应用中,我们可以根据以下的简便方法来选择变压器容量。高频变压器 变压器容量本着“小容量，密布点”的原则，配电变压器应尽量位于负荷中心，供电半径不超过0.5千米。
【高中物理】变压器·典型例题解析
变压器·典型例题解析 【*例1】一只电阻、一只电容器、一只电感线圈并联后接入手摇交流发 电机的输出端．摇动频率不断增加,则通过它们的电流I R、I C、I L如何改变 [ ] A．I R不变、I C增大、I L减小 B．I R增大、I C增大、I L减小 C．I R增大、I C增大、I L不变 D．I R不变、I C增大、I L不变 解答：应选C． 点拨：手摇发电机的磁场、线圈形状和匝数都是不变的,输出电压与频率 成正比．纯电阻电路中,电阻R与频率无关,I R＝U/R,所以I R与频率成正比；纯电容电路中,容抗X C＝1/2πfC,I C＝U/X C＝2πfCU,与频率的二次方成正比；纯电感电路中,X L＝2πfL,I L＝U/X L＝U/2πfL,与频率无关． 【例2】图18－17为理想变压器,它的初级线圈接在交流电源上,次级线圈接在一个标有“12V 100W”的灯泡上．已知变压器初、次级线圈匝数之比为18∶1,那么灯泡正常工作时,图中的电压表读数为________V,电流表读数为________A． 解答：由公式U1/U2＝n1/n2,得U1＝U2n1/n2＝216(V)； 因理想变压器的初、次级功率相等, 所以I1＝P1/U1＝P2/U2＝0.46(A) 即电压表、电流表读数分别为216V、0.46A． 点拨：分析理想变压器问题时应注意正确应用电压关系和电流关系、特别是初、次级功率相等的关系． 【例3】如图18－18所示,甲、乙两电路是电容器的两种不同的接法,它们各在什么条件下采用？应怎样选择电容器？
点拨：关键是注意容抗与交流电的频率成反比．甲应是电容较大的电容器,乙应是电容较小的电容器． 参考答案 甲是电容较大的电容器通交流,阻直流、乙是电容较小的电容器通直流,去掉交流． 【例4】如图18－19所示,理想变压器的两个次级线圈分别接有“24V 12W”、“12V 24W”的灯泡,且都正常发光,求当开关断开和闭合时,通过初级线圈的电流之比． 点拨：关键是初、次级功率始终相等． 参考答案：1∶3． 跟踪反馈 1．如图18－20所示,一平行板电容器与一个灯泡串联,接到交流电源上,灯泡正常发光,下列哪种情况可使灯泡变暗 [ ] A．在电容器两极间插入电介质 B．将电容器两板间的距离增大 C．错开电容器两极的正对面积 D．在电容器两极间插入金属板(不碰及极板) 2．关于电子电路中的扼流圈,下列说法正确的是 [ ]
变压器等效模型
1. 理想变压器 理想变压器(ideal transformer)也是一种耦合元件，它是从实际变压器中抽象出来的理想化模型。理想变压器要同时满足如下三个理想化条件： （1）变压器本身无损耗；这意味着绕制线圈的金属导线无电阻，或者说，绕制线圈的金属导线的导电率为无穷大，其铁芯的导磁率为无穷大。 （2）耦合系数1=k ，12 1== L L M k 即全耦合； （3）21L L 、和M 均为无限大，但保持n L L =2 1 不变，n 为匝数比。 理想变压器的电路符号如图1所示， 图1 理想变压器 2. 全耦合变压器 全耦合变压器如图2所示，其耦合系数1=k ，但21L L 和是有限值。由于其耦合系数1=k ，所以全耦合变压器的电压关系与理想变压器的电压关系完全相同。即 2 121N N u u = 图2 全耦合变压器 全耦合变压器初级电流()t i 1由两部分组成，()()()t i t i t i ' +=Φ11，一部分()t i Φ称
为励磁电流，它是次极开路时电感1L 上的电流，()()ξξΦd u L t i t ?= 1 1 1；另一部分 ()t i ' 1，()()t i N N t i 21 21-='，它与次极电流()t i 2满足理想变压器的电流关系。根 据上述分析可得到图3所示全耦合变压器的模型，图中虚线框部分为理想变压器模型。 图3 全耦合变压器模型 3. 实际变压器 实际变压器的电感即不能为无限大，耦合系数也往往小于1。这就是说，它们的磁通除了互磁通外，还有漏磁通，漏磁通所对应的电感称为漏感。如果从两个线圈的电感中减去各自所具有的漏感，考虑变压器绕组的损耗，我们就可以得到一个利用全耦合变压器表示的变压器的模型，如图4 所示，其中11S M L L L -=称为励磁（或磁化）电感。 图4 实际变压器模型 若L M 足够大，则该模型可以等效为图5。 u 1－+ u 2 N 1 N 2
变压器损耗的计算公式及方法
变压器损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗, 实是铁芯所产生的损耗（也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗,1 、变压器损耗计算公式 ⑴有功损耗：△ P=PO+KT B 2PK --------- ⑴ ⑵无功损耗：△ Q=QO+K"T 2QK——（2） ⑶综合功率损耗：△ PZ=A P+KQX Q ----（3） QO IO%SN Q? UK%SN 式中：Q0 ----- 空载无功损耗（kvar） P0――空载损耗（kW） PK额定负载损耗（kW） SN变压器额定容量（kVA） 10%――变压器空载电流百分比。 UK%短路电压百分比 3 ――平均负载系数 KT――负载波动损耗系数 QK额定负载漏磁功率（kvar） KQ无功经济当量（kW/kvar） 上式计算时各参数的选择条件： （1）取KT=1.05; ⑵对城市电网和工业企业电网的6kV?10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量 KQ=0.1kW/kvar; （3）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取3 =20%;对于工业企业，实行三班制，可取 3 =75%; ⑷变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数：t=5500h; （5）变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK 10%、UK%见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征 P0――空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；
磁滞损耗与频率成正比; 与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。 涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。 P 负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而 变化，与负载电流的平方成正比;（并用标准线圈温度换算值来表示）。 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组 外的金属部分产生杂散损耗。 变压器的全损耗△ P=PO+PC 变压器的损耗比=PC /P0 变压器的效率=PZ/（PZ+ △ P），以百分比表示；其中PZ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计 算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。 1、铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是： 铁损电量（千瓦时）=空载损耗（千瓦）x供电时间（小时） 配变的空载损耗（铁损），由附表查得，供电时间为变压器的实际运行时间，按以下原则确定： （1）对连续供电的用户，全月按720 小时计算。 （2）由于电网原因间断供电或限电拉路，按变电站向用户实际供电小时数计算，不得以难计算为由，仍按全月运行计算，变压器停电后，自坠熔丝管交供电站的时间，在计算铁损时应予扣除。 （3）变压器低压侧装有积时钟的用户，按积时钟累计的供电时间计算。 2、铜损电量的计算：当负载率为40%及以下时，按全月用电量（以电能表读数）的2%计收，计算公式：铜损电量（千瓦时）=月用电量（千瓦时）X 2% 因为铜损与负荷电流（电量）大小有关，当配变的月平均负载率超过40%时，铜损电量应按月用电量的3%计收。负载率为40%时的月用电量，由附表查的。负载率的计算公式为：负载率=抄见电量/ 式中：S――配变的额定容量（千伏安）；T ――全月日历时间、取720小时； COSZ――功率因数，取0.80。 电力变压器的变损可分为铜损和铁损。铜损一般在0.5%。铁损一般在5~7%。干式变压器的变损比油侵式要小。合计变损：0.5+6=6.5 计算方法：1000KVA X 6.5%=65KVA 65KV/X 24 小时X 365 天=568400KWT度） 变压器上的标牌都有具体的数据。 变压器空载损耗空载损耗指变压器二次侧开路，一次侧加额率与额定电压的正弦波电压时变压器所吸取的功率。一般
变压器的等效电路和向量图
变压器的等效电路和向量图 2009-09-26 23:16:48 标签Tag： 1224人阅读 一变压器的折算法 将变压器的副边绕组折算到原边，就是用一个与原绕组匝数相同的绕组，去代替匝数为N2的副绕组，在代替的过程中，保持副边绕组的电磁关系及功率关系不变。 二参数折算 折算前 原边 N1 U1 I1 E1 R1 X1σ 副边 N2 U2 I2 E2 R2 X2σRL XL 折算后 原边 N1 U1 I1 E1 R1 X1σ 副边 N2' U2' I2' E2' R2' X2σ'RL' XL'
变压器副绕组折算到原边后其匝数为N1，折算后的副边各量加“ ' ”以区别折算前的各量。 1 电势折算 E2'＝Фm＝E1 E2＝Фm 所以E2'/E2＝N1/N2＝k，E2＝kE2 折算前后电磁关系不变，那么铁心中的磁通不变，k为变比，也即是电势，电压折算的系数2 磁势折算 N1I2'=N2I2=I2N2/N1=I2/k 变压器折算前后副绕组磁势不变。k也为电流折算系数。 3 阻抗折算 阻抗折算要保持功率不变 折算前后副边铜耗不变 I2'I2'R2'＝I2I2R2 R2'=(I2/I2')(I2/I2')R2=kkR2 (kk)---阻抗折算系数 副边漏抗上的无功功率不变，则
I2'I2'X2σ'=I2I2X2σ X2σ'=(I2/I2')(I2/I2')X2σ=kkX2σ 负载阻抗上的功率不变，则可求出 I2'I2'RL'=I2I2RL RL'=kkRL I2'I2'XL'=I2I2XL XL'=kkXL 4 副边电压折算 u2'=I2'ZL'=(I2/k)(RL+jXL)kk=kI2（RL+jXL）=kU2三变压器的等效电路 折算后方程 U1=－E1＋I1（R1＋jX1σ） U2'=E2'－I2'（R2＋jX2σ） I1+I2'=Im≈I0 －E1=－E2=Im(Rm+jXm)=ImZm
2020高考物理复习 专题10交变电流和变压器(解析版)
专题10 交变电流和变压器 1．（2020届河南省焦作市高三第三次模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n 1 ：n 2＝1 ：2，原线圈接电压恒定的正弦交流电，R 1为定值电阻，R 2为滑动变阻器，已知滑动变阻器R 2的最大阻值为定值电阻R 1的5倍。在滑动变阻器滑片从中点缓慢向上滑动的过程中，下列说法正确的是（ ） A ．变压器原、副线圈中的电流之比始终为2 ：1 B ．定值电阻R 1消耗的功率逐渐增大 C ．滑动变阻器R 2消耗的功率先增大后减小 D ．变压器副线圈两端的电压逐渐增大 【答案】ACD 【解析】变压器原、副线圈中的电流之比之和匝数比有关，匝数不变，电流之比不变，A 正确；设输 入的交流电有效值为U,原线圈中的电流为I ，根据1221I n I n =可知，副线圈中的电流为12 I ，副线圈两端 的电压为212IR ，原线圈两端电压为214IR ，则121 4 U IR IR =+，当滑动变阻器向上移动时，2R 增大，根据 121 4 U IR IR =+，可知当原线圈中的电流变小，因此电阻1R 消耗的功率变小，B 错误；滑动变阻器2 R 消耗的功率为2 222111124U U P UI I R R I R R ??=-=--+ ?? ?，因此当12U I R =，即214R R =时，2R 消耗功率最大，所以当滑动变阻器滑片从中点缓慢向上滑动时，2R 消耗的功率先变大后变小，C 正确；滑动变阻器滑片从中点缓慢向上滑动时，电阻逐渐变大，所以变压器副线圈两端的电压逐渐增大，D 正确。故选ACD 。 2．（2020届河南省十所名校高三阶段性测试）如图所示的电路中，变压器为理想变压器，定值电阻
高中物理：变压器练习题
高中物理：变压器练习题 1.如图所示四个电路,能够实现升压的是( ) 【解析】选D。变压器只能对交变电流变压,不能对直流电变压,故A、B错误。由于电压与线圈匝数成正比,所以D项能实现升压。 2.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( ) A.U=66V,k= B. U=22V,k= C.U=66V,k= D.U=22V,k= 【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析： (1)掌握变压器的功率、电压、电流关系。 (2)根据变压器的匝数比推出原、副线圈的电流比,求得k值。 (3)根据变压器的电压关系和电路的特点求得电压。 【解析】选A。由于变压器的匝数比为3∶1,可得原、副线圈的电流比为1∶3,根据 P=I2R可知原、副线圈中电阻R的功率之比k=,由=,其中U 2=U,则U 1 =3U,结合原、 副线圈的电流比为1∶3,可得原线圈中电阻R上的电压为,所以有3U+=220V,得
U=66V,故选项A正确。 【补偿训练】如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压—时间图 像。原、副线圈匝数比n 1∶n 2 =10∶1,串联在原线圈电路中的交流电流表的示数为1A, 则( ) A.变压器原线圈所接交流电压的有效值为311 V B.变压器输出端所接电压表的示数为22V C.变压器输出端交变电流的频率为50 Hz D.变压器的输出功率为220W 【解析】选C。变压器原线圈所接交流电压的有效值为U 1 =V=220 V,选项A错误； 变压器输出端所接电压表的示数为U 2=U 1 =×220V=22 V,选项B错误；变压器输 出端交变电流的频率为f=Hz=50 Hz,选项C正确；变压器的输出功率等于输入功 率,P=U 1I 1 =220×1W=220 W,选项D错误。故选C。 3.(多选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的滑片。下列说法正确的是( )
变压器的等效电路和向量图
变压器的等效电路和向量图 ?2009-09-26 23:16:48 标签Tag： ?1224人阅读 一变压器的折算法 将变压器的副边绕组折算到原边，就是用一个与原绕组匝数相同的绕组，去代替匝数为N2的副绕组，在代替的过程中，保持副边绕组的电磁关系及功率关系不变。 二参数折算 折算前 原边 N1 U1 I1 E1 R1 X1σ 副边 N2 U2 I2 E2 R2 X2σ RL XL 折算后 原边 N1 U1 I1 E1 R1 X1σ 副边 N2' U2' I2' E2' R2' X2σ' RL' XL' 变压器副绕组折算到原边后其匝数为N1，折算后的副边各量加“ ' ”以区别折算前的各量。 1 电势折算 E2'＝4.44fN1Фm＝E1 E2＝4.44fN2Фm 所以E2'/E2＝N1/N2＝k，E2＝kE2 折算前后电磁关系不变，那么铁心中的磁通不变，k为变比，也即是电势，电压折算的系数 2 磁势折算
N1I2'=N2I2=I2N2/N1=I2/k 变压器折算前后副绕组磁势不变。k也为电流折算系数。 3 阻抗折算 阻抗折算要保持功率不变 折算前后副边铜耗不变 I2'I2'R2'＝I2I2R2 R2'=(I2/I2')(I2/I2')R2=kkR2 (kk)---阻抗折算系数 副边漏抗上的无功功率不变，则 I2'I2'X2σ'=I2I2X2σ X2σ'=(I2/I2')(I2/I2')X2σ=kkX2σ 负载阻抗上的功率不变，则可求出 I2'I2'RL'=I2I2RL RL'=kkRL I2'I2'XL'=I2I2XL XL'=kkXL 4 副边电压折算 u2'=I2'ZL'=(I2/k)(RL+jXL)kk=kI2（RL+jXL）=kU2 三变压器的等效电路 折算后方程 U1=－E1＋I1（R1＋jX1σ） U2'=E2'－I2'（R2＋jX2σ） I1+I2'=Im≈I0 －E1=－E2=Im(Rm+jXm)=ImZm
变压器参数含义
变压器参数含义 1 额定容量Se：指变压器在出厂时铭牌标定的额定电压、额定电流下连续运行时能输送的容量,单位kVA。其计算公式为： 三相变压器Se= 单相变压器量Se=UeIe 。 2、额定电压Ue：指变压器长时间运行时所能承受的工作电压(铭牌上的Ue值,是指调压分接开关在中间分头时的额定电压);单位为kV。 3、额定电流Ie：在额定容量Se和允许温升条件下,允许长期通过的工作电流,单位为A。 4、短路电压Ud%：也称阻抗电压(UK%),将变压器的二次绕组短路,一次侧施加电压,至额定电流值时,原边的电压和额定电压Ue之比的百分数。即：Ud%=Ud/Ue：100% 变压器的并列运行要求Ud%值相同,当变压器二次侧短咱时,Ud%值将决定短路电流大小,所以是考虑短路电流热稳定和动稳定及继电保护整定的重要依据。 5、空载电流I。当变压器在一次侧额定电压下,二次侧绕组空载时,在一次绕组中通过的电流,称空载电流。它起变压器的激磁作用,故又称激磁电流;一般以其占额定电流的百分数表示。空载电流的大小决定于变压器容量、磁路结构和硅钢片质量等。 6、空载损耗(铁损)ΔP0：指变压器二次侧开路,一次侧加额定电压时,变压器的损耗。它等于变压器铁芯的涡流损耗和激磁损耗,是变压器的重要性能指标。 7、短路损耗(铜损)ΔPd：变压器的铁损包括两个方面。一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化,使得硅钢片内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗,当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。 8、铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损。 9、电压比：变压器两组线圈圈数分别为N1 和N2 ,N1 为初级,N2 为次级。在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1 时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器。
(完整版)变压器的动态分析(有答案)
o r s o 对变压器动态分析的考查 1、 如图所示，某理想变压器的原线圈接一交流电，副线圈接如图所示电路，开关S 原来闭合，且R 1＝R 2.现将S 断开，那么交流电压表的示数U 、交流电流表的示数I 、电阻 R 1上的功率P 1及该变压器原线圈的输入功率P 的变化情况正确的是 ( ) A ．U 增大 B ．I 增大 C ．P 1减小 D ．P 减小 答案 AD 解析 开关S 由闭合到断开时，负载的总电阻变大，变压器的输出电压U 2不变，则输出电流I 2变小，R 上的电压变小，R 1上的电压U 变大，电阻R 1上的功率 P 1＝＝，R 1不变，U 变大，则P 1增大，故A 正确，C 错误．由电流与匝数的关U 2R 1 R 1U 2 R 1系可知电流表的示数I 减小，B 错误．输出功率P 出＝I 2U 2，U 2不变，I 2减小，则P 出减小，输入功率等于输出功率，所以D 正确．2、(2012·福建理综·14)如图所示，理想变压器原线圈输 入电压u ＝U m sin ωt ，副线圈电路中R 0为定值电阻，R 是滑动变阻器.和是理想交流电压表，示数分别用U 1和U 2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I 1和I 2表示．下列说法正确的是 ( ) A ．I 1和I 2表示电流的瞬时值 B ．U 1和U 2表示电压的最大值 C ．滑片P 向下滑动过程中，U 2不变、I 1变大 D ．滑片P 向下滑动过程中，U 2变小、I 1变小 解析 电路中交流电表的示数为有效值，故A 、B 项均错误；P 向下滑动过程中，R 变小，由于交流电源和原、副线圈匝数不变，U 1、U 2均不变，所以I 2＝变大，由 U 2 R 0＋R ＝，得I 1＝I 2变大，故C 项正确，D 项错误．I 1 I 2n 2 n 1n 2n 1答案 C 3、 如图甲所示，T 为理想变压器，原、副线圈匝数比为10∶1，副线圈所接电路中，电压 表V 1、V 2和电流表A 1、A 2都为理想电表，电阻R 1＝4 Ω，R 2＝6 Ω，R 3的最大阻值为